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不平衡电压下双馈感应发电机转子侧变流器的灵活功率控制

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电力自动化设备 2019年第2期39卷 196-203页

作者：马静刘青吴佳芳孙方晴汪莹沈玉明周念成国网安徽省电力公司经济技术研究院安徽合肥230022 重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 国网经济技术研究院有限公司北京102209

针对不平衡电压下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。进一步地,求得指令电流调节系数、转子电流峰值及DFI... 详细信息

针对不平衡电压下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。进一步地,求得指令电流调节系数、转子电流峰值及DFIG定子有功和无功波动的表达式,分析DFIG控制特性随调节系数、电压不平衡度的变化规律;分析不平衡电压跌落下DFIG的可控性,给出电压跌落后定子电压的临界值和转子侧变流器可控的判断条件;以功率波动设定值为目标,计及转子电流峰值限制,建立DFIG单位功率因数和无功功率支持2种模式下的灵活功率控制策略,通过仿真验证所提方法的可行性。

关键词：不平衡电压双馈感应发电机转子侧变流器功率控制调节系数

基于ADRC和模糊虚拟电阻的双馈水电转子侧变流器研究设计

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国外电子测量技术 2021年第11期40卷 148-154页

作者：董哲刘毅力朱伟刘书玉西安工程大学电子信息学院西安710048 国家电投集团重庆江口水电有限责任公司重庆市武隆区江口镇江口水电站重庆408506

现如今我国的水力发电建设已经取得了巨大的成果,其中,双馈水轮发电机组的出现不仅可以实现变速恒频,而且可以在变化大的水头下运行在最优工况处。针对系统在实现变速恒频时,变流器采用PI控制器会使其调节时间长,超调量大并且在转子侧... 详细信息

现如今我国的水力发电建设已经取得了巨大的成果,其中,双馈水轮发电机组的出现不仅可以实现变速恒频,而且可以在变化大的水头下运行在最优工况处。针对系统在实现变速恒频时,变流器采用PI控制器会使其调节时间长,超调量大并且在转子侧易产生较高的电流的特点,首先对变流器采用自抗扰控制并进行改进,从而提升控制精度;然后通过模糊控制的虚拟电阻来对转子过电流进行抑制;最后建立仿真模型,与常规PI控制进行对比。结果表明,改进的控制策略使其功率响应更快更稳定,在变速恒频过程中有更良好的动态响应,电网电压跌落有效抑制了转子侧过电流,加强了系统的稳定性。

关键词：自抗扰控制双馈水轮发电机转子侧变流器模糊虚拟电阻变速恒频

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

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电测与仪表 2020年第16期57卷 118-124页

作者：吴雷李岚程之隆郭潇潇太原理工大学电气与动力工程学院太原030024

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种... 详细信息

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。

关键词：电压不对称双馈风力发电机转子侧变流器比例-积分-谐振控制器故障下不间断运行

双馈型变速恒频风力发电机转子侧变流器控制技术研究

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双馈型变速恒频风力发电机转子侧变流器控制技术研究

作者：徐凤星湖南工业大学

学位级别：硕士

在能源短缺和环境污染日益严重的今天,作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。对此,世界各国普遍重视并竞相大力发展,技术上推陈出新。随着风力发电机组容量的不断增大,提高运行效率、最大程度地利用风能已经成为风力... 详细信息

在能源短缺和环境污染日益严重的今天,作为可再生绿色能源的风能的开发利用具有十分重要的意义。对此,世界各国普遍重视并竞相大力发展,技术上推陈出新。随着风力发电机组容量的不断增大,提高运行效率、最大程度地利用风能已经成为风力发电技术研究的重要内容。可实现最大风能追踪的变速恒频风力发电技术也就称为研究的热点。本文以交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制为主题,进行了从理论到实践、从仿真到实验的全面、深入的研究。对DFIG(双馈型异步发电机)的运行理论、DFIG有功、无功功率解耦控制及并网控制、LVRT(低电压穿越技术)特性等方面进行了细致的研究,获得了一些重要结论和具有一定创新意义的成果。本文首先对DFIG的运行理论进行了分析,对DFIG数学模型、坐标变换、运行特性及功率关系进行了理论推导,为全文的研究奠定了理论基础。其次,在DFIG数学模型基础上,详细推导了几种常见的矢量控制方法,还推导了在电网电压故障时地控制策略及对定子磁场角度补偿的理论。最后,在分析了现有风力发电机并网技术的基础上,探讨了交流励磁变速恒频风力发电机的并网控制,建立了基于磁场定向矢量控制、不受转速变化影响的空载和负载两种“柔性”并网控制方案,同时考虑了定子电流动态性能的要求,进一步提高了向电网输入电能的质量和低电压穿越能力。仿真研究中,在建立了风力机和DFIG仿真模型的基础上,构建了完整的交流励磁变速恒频风力发电系统仿真模型,它通过并网和发电两个子系统的“分时工作”,实现了从P、Q解耦控制到发电机并网控制的全过程运行仿真。实验研究中,本文设计并构建了一套完整的1650KW交流励磁变速恒频风力发电实验系统,整个实验系统主电路部分包括由双PWM型变换器构成的控制柜即变流器控制柜、两台双馈型发电机、两套整机控制柜、一台辅助90KW异步电动机等设备;其中整机控制柜有一个与变流器通讯的操作面板完成人机接口等功能。完成了有功、无功功率解耦控制、最大风能追踪控制、空载并网控制、等实验内容。丰富、详实的仿真及实验研究结果验证了本文理论研究的正确性。

关键词：转子侧变流器交流励磁变速恒频双馈型发电机低电压穿越技术(LVRT)

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双馈型风力发电机组转子侧变流器设计及实现

双馈型风力发电机组转子侧变流器设计及实现

作者：马玉坤曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着雾霾天气的日益增多,人们对于环境、资源、可持续发展等问题的关注也越来越多,因此对风能、太阳能等新能源的研究与开发得到了国家的大力支持。目前双馈型风力发电机以其高效的风能利用率、优良的低电压穿越能力、稳定的并网性能已... 详细信息

随着雾霾天气的日益增多,人们对于环境、资源、可持续发展等问题的关注也越来越多,因此对风能、太阳能等新能源的研究与开发得到了国家的大力支持。目前双馈型风力发电机以其高效的风能利用率、优良的低电压穿越能力、稳定的并网性能已被广泛应用于风力发电系统中。在双馈型风电机组中,其变流器主要使用背靠背结构,其中转子侧变流器的主要作用是通过对双馈型风力发电机转子实施有效励磁控制,实现变速恒频控制,定子侧有功、无功功率的解耦控制和最大功率点跟踪捕获等控制目标。本文主要对双馈型风力发电机组转子侧变流器进行研究与设计,并搭建实验平台,在不同风速下转子侧变流器采用基于定子电压定向矢量控制策略实现系统控制目标。主要内容包括:首先研究了双馈型风电机组转子侧变流器的发展现状,阐述了以转子侧变流器为控制核心的双馈型风力发电背靠背变流器系统,分析转子侧变流器的现有控制策略。其次建立了馈型风力发电机和转子侧变流器的常规数学模型与dq同步旋转坐标系下的数学模型;详细分析推导了转子侧变流器基于定子电压定向矢量控制的控制策略,此种控制策略直接观测电压,比观测磁链更加准确,且受发电机动态扰动小,控制稳定。第三,对双馈风力发电机转子侧变流器软硬件进行设计。硬件设计包括一次回路设计与器件选型,二次回路设计与器件选型;软件设计包括角度整定、系统平滑启动、变速恒频控制,亚同步、同步、超同步状态的切换控制。最后搭建了双馈型风力模拟发电实验平台,包括转子侧变流器实验平台和风力机控制器的设计与搭建。在平台搭建完成后,进行了不同风速下转子侧变流器励磁控制实验。实验结果表明,在不同风速下,转子侧变流器控制稳定,响应速度快,能够实现系统平滑启动,亚同步、同步、超同步的稳定运行和状态切换,变速恒频控制和最大功率点跟踪控制,实验达到预期目标。

关键词：双馈型风力发电机转子侧变流器定子电压定向最大功率跟踪风力模拟

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双馈风力发电机转子侧变流器控制技术研究

双馈风力发电机转子侧变流器控制技术研究

作者：李长海湖北工业大学

学位级别：硕士

风能是可再生能源的一种,具有较大的开发潜能和应用价值,近几年,风力发电系统得到了较快的发展。双馈异步电机风力发电系统具有变频器容量小、有功功率与无功功率可实现单独调节、转速可调范围广等特点,在风力发电系统中得到了广泛的应... 详细信息

风能是可再生能源的一种,具有较大的开发潜能和应用价值,近几年,风力发电系统得到了较快的发展。双馈异步电机风力发电系统具有变频器容量小、有功功率与无功功率可实现单独调节、转速可调范围广等特点,在风力发电系统中得到了广泛的应用。本文以双馈风力发电机为研究对象,对双馈风力发电机转子侧变流器控制技术进行了研究。首先总结了国内外风力发电系统的发展现状和产业化状况,对不同类型的发电机及相应的发电技术特点、控制策略和优缺点进行了分析和总结,并针对国内的地域特点及对电网的发电要求,提出了本文的选题背景和选题意义。然后根据电机基本理论,分析了变速恒频双馈异步风力发电机的数学模型,为了实现有功功率和无功功率的解耦控制,建立了发电机在两相旋转坐标系下的数学模型及转子侧变流器的数学模型,根据电网的性能指标要求,以及传统控制算法所存在的问题,提出采用定子磁链定向矢量控制策略,对定子磁链的估算方法进行了详细的说明,并针对转子侧变流器设计了相应的控制系统,通过对转子电流的控制,使双馈电机输出电压幅值、频率和相位与电网相同,输出有功和无功。其次,传统的风机在采用矢量控制策略时,需要在电机转子上加装角度编码器,用来实时检测电机的转子位置,但是角度传感器增加电机的硬件成本、降低了风力发电系统的可靠性。为了提高双馈风力发电机的作业可靠程度,缩小电机体积,减少支出成本,本研究提出了基于滑模观测器的转子角度位置估算方法。所提出的转子位置观测器结合传统的线性滑模观测器和非线性滑模观测器的优点,具有对参数不敏感、高鲁棒性、和快速收敛的特性,能较准确的估算得到转子位置信息,并通过李雅普诺夫稳定性原理证明了系统足够稳定。最后,本研究构建了以MATLAB/Simulink为基础的仿真系统平台,验证了所提出的方法的有效性,以TI的DSP为主控芯片,搭建了系统硬件调试及试验平台,功率驱动部分采用IPM智能功率模块驱动电路、电平转换电路等,并对本文所提出的控制算法进行了编程实现,最后的实验结果证实了本文所提出控制策略的有效性,为双馈发电机系统的发展提供了一定的理论基础。

关键词：双馈风力发电机转子侧变流器磁链观测矢量控制

基于四状态反馈的双馈风机转子侧变流器电流内环控制

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能源工程 2017年第4期37卷 30-37页

作者：周金根徐习东浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

建立了双馈风机的四阶暂态电流模型,设计了四状态反馈的控制方法,用解析法分析了四状态线性反馈对双馈风机闭环极点的影响,确定了使系统稳定的定子电流反馈系数取值范围。为了消除稳态误差,在四状态线性反馈的基础上,再加入积分环节,给... 详细信息

建立了双馈风机的四阶暂态电流模型,设计了四状态反馈的控制方法,用解析法分析了四状态线性反馈对双馈风机闭环极点的影响,确定了使系统稳定的定子电流反馈系数取值范围。为了消除稳态误差,在四状态线性反馈的基础上,再加入积分环节,给出了四状态反馈电流内环的PI控制方程。提出的电流内环能够快速跟踪参考电流,且在定子侧电压跌落时,相比于传统矢量控制具有更好的暂态性能。最后,通过PSCAD/EMTDC建立了0.9MW双馈风机仿真系统,验证了提出的电流内环的电流跟踪效果以及电压跌落时相比于传统矢量控制具有更强的鲁棒性。

关键词：双馈风机电流内环定子电流反馈转子侧变流器

基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1836-1847,I0014页

作者：吴熙徐珊珊冯双范立新顾文东南大学电气工程学院江苏省南京市210096 江苏省智能电网技术与装备重点实验室(东南大学) 江苏省南京市210096 江苏方天电力技术有限公司江苏省南京市211102

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出... 详细信息

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

关键词：双馈风机次同步振荡转子侧变流器安装位置自适应陷波器

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基于哈密顿模型的DFIG强迫型次同步振荡自适应抑制策略研究

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中国电机工程学报 2024年

作者：孙东阳钱梓杰曹骏于德亮陈庆国哈尔滨理工大学电气与电子工程学院

新疆哈密风电高度密集地区发生的强迫型次同步振荡事故具有频率时变的新特征，其与以往的负阻尼次同步振荡有显著区别，从而引发了广泛的关注。本文对强迫型次同步振荡的产生机理进行探究，并据此提出了一种基于自适应哈密顿模型的次同... 详细信息

新疆哈密风电高度密集地区发生的强迫型次同步振荡事故具有频率时变的新特征，其与以往的负阻尼次同步振荡有显著区别，从而引发了广泛的关注。本文对强迫型次同步振荡的产生机理进行探究，并据此提出了一种基于自适应哈密顿模型的次同步振荡抑制策略。首先，依据双馈机组数学模型分析了电网间谐波扰动源在机组内部的传播过程，进而利用等效扰动方程阐述了在扰动源激励作用下强迫型次同步振荡的产生机理，并通过分析机组带宽稳定性与阻尼状态的关系提出了抑制策略的设计思路；其次，引入广义哈密顿理论设计了RSC控制策略，并基于自适应哈密顿模型的扰动抑制作用与阻尼补偿效果，提出了总体控制框架以及振荡抑制策略；最后，在综合考虑风速、线路串补度、风机在线台数等影响因素下，搭建了风电场强迫型次同步振荡仿真模型，验证了本文所提抑制策略的有效性，并通过哈密地区实际强迫型次同步振荡算例表明该抑制策略具有良好的工程应用前景。

关键词：强迫型次同步振荡双馈感应发电机转子侧变流器自适应哈密顿模型